铸造方法和铸造用铸模的制作方法
铸造方法和铸造用铸模的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铸造方法和铸造用铸模，特别涉及用于改善在铸造过程中铸坯的表面 粗糙的铸造方法和铸造用模具。
【背景技术】
[0002] 作为钢铁生产工艺之一，能够列举出钢铁联合工艺。具体而言，为这样的工艺：在 高炉内从铁矿石制造铁水，接着在转炉内从铁水制造钢水，之后通过连续铸造使经二次精 炼而高纯度化的钢水凝固。在对得到的铸造品加热后进行热轧，之后经过多个工序而得到 钢铁制品（非专利文献1)。
[0003] 连续铸造法是连续地进行使熔融金属凝固的铸造的方法、即：在铸模内连续地对 熔融金属进行铸造并连续地取出凝固了的铸坯来进行生产的方法。作为连续铸造装置的设 备，具有：用于分配来自浇包的熔融金属的中间包；用于向铸模引导熔融金属的浸渍喷嘴； 用于使熔融金属凝固而形成凝固壳从而得到铸坯的铸模；以及用于从凝固壳的周围对凝固 壳进行冷却的二次冷却带等。采用连续铸造法，能够使熔融金属连续地凝固，因此能够提高 生产率。并且，该连续铸造法是能够应对铁系、铝系、铜系以及它们的合金等各种金属材料 的方法。
[0004] 优选的是，在对熔融合金进行铸造时控制铸造工序，以防止发生中心偏析、倒V形 偏析等合金组成在凝固时不均匀的偏析，并能够形成微细组织。作为该控制方法之一，能够 列举出用于控制自铸模拉出铸坯的拉出速度的方法。通过将拉出速度控制为比通常低的速 度，从而防止发生偏析，能够铸造形成有微细组织的铸坯。
【发明内容】
[0005] 发明要解决的问题
[0006] 然而，若使拉出速度为低速，则有时在所拉出的铸坯的表面出现凹凸形状较大的 粗糙。在存在这样的粗糙的情况下，会出现这样的问题：在接下来的工序、即乳制、锻造等加 工工序中产生自凹凸部裂开那样的裂纹。并且，存在这样的情况：粗糙的部分的组织不均 匀。因此，设置在进入接下来的工序之前包括粗糙的部分在内地对铸坯的表面进行切削的 中间工序，然而，若凹凸形状较大，则切削量较大，而导致成品率降低。因此，要求通过铸造 得到的铸坯的表面尽可能平滑。
[0007] 现有抟术f献
[0008] 非专利f献
[0009] 非专利文献1 :日本田中和明著，" A <打扣§最新金属?基本t仕組办"，第1版， 株式会社秀和システ厶，2013年3月15日，P. 124 - 125。
[0010] 鉴于所述问题点，本发明的目的在于提供一种用于改善在铸造过程中铸坯的表面 粗糙的铸造方法和铸造用模具。
[0011] 用于解决问题的方案
[0012] 为了解决所述问题，本发明人首先对在以低速进行铸造的情况下铸坯的表面产生 粗糙的原因进行了深入研宄。结果发现，在使用配置有熔渣的铸模并使铸坯的拉出速度为 低速时，自铸模缓慢地拉出铸坯，在该情况下，铸模对钢水过度排热。特别是，查明了 ：在熔 渣和钢水的边界附近、即钢水与铸模接触的位置附近、也就是钢水的弯月面位置附近，开始 形成凝固壳，在该附近被过度排热是铸坯的表面产生粗糙的原因。基于该结果，本发明人针 对能够改善在以低速进行铸造的情况下产生的铸坯的表面粗糙的方法进行了认真研宄。结 果，在位于熔渣和钢水的边界附近、即钢水与铸模接触的位置附近设置空隙等绝热层，能够 缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的表面粗糙。并 且，在使铸坯的拉出速度为低速来进行铸造时，利用绝热层的绝热效果能够增大熔渣的流 动性。结果，能够使熔渣壳薄膜化，能够改善得到的铸坯的表面粗糙。本发明人得到这些见 解，从而想到了本发明。
[0013] 即，本发明的铸造方法至少包括：注入工序，在该注入工序中，将熔融合金注入配 置有熔渣的铸模内；铸坯形成工序，在该铸坯形成工序中，通过冷却所述铸模而将所述熔融 金属冷却，从而形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯，其中，所述 铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置在所述内壁与 所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料，所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在 该液面位置控制工序中，进行控制以使所述熔融合金的液面位于配置有所述绝热层的范围 内。
[0014] 本发明的另一技术方案是一种铸造用铸模，该铸造用铸模至少包括：模具；石墨 套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置在所述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和 /或绝热材料构成。
[0015] 发明的效果
[0016] 采用本发明的铸造方法和铸造用铸模，能够改善在铸造过程中产生的铸坯的表面 粗糙。
【附图说明】
[0017] 图1是表不本发明的铸造用铸丰旲的图。
[0018] 图2是表示与图1不同的形态的铸造用铸模的图。
[0019] 图3是表示与图1、图2不同的形态的铸造用铸模的图。
[0020]图4是说明本发明的铸造用铸模的空隙的形态的图。
[0021] 图5是本发明的铸造用铸模在铸造时的剖视图。
[0022] 图6是表示包括本发明的铸造用铸模的垂直型连续铸造装置的装置截面的图。
[0023] 图7是实施例1中使用的铸造用铸模的剖视图。
[0024] 图8是表示以往的铸造用铸模的图。
[0025] 图9是通过实施例1铸造的铸坯的外观照片。
[0026] 图10是通过比较例2铸造的铸坯的外观照片。
【具体实施方式】
[0027] 以下，详细说明本发明的铸造方法和铸造用铸模的一般形态。其中，本发明并不受 以下要说明的形态限定。
[0028] 本发明的铸造方法至少包括注入工序、铸坯形成工序。所述注入工序是用于将熔 融合金注入配置有熔渣的铸模的工序。所述注入工序是用于使熔融合金凝固而形成铸坯之 前的工序。
[0029] 作为熔融合金，能够应用特别是难以实现微细组织化且难以降低成分偏析的冷模 具钢、热模具钢、高速度工具钢等工具钢、其他的高合金钢等、应用于电渣重熔法（ESR法） 的合金。具体而言，能够应用于以铁为主要成分且具有碳为3. 0质量％以下、铁以外的金属 元素为5质量％以上的熔融合金的铸造，特别是能够应用于碳为0. 1质量％~3. 0质量％ 的组成的熔融合金的铸造。
[0030] 熔渣具有捕捉夹杂物、使熔融合金脱硫这样的提炼作用，并且还发挥这样的作用： 使铸模内的熔融合金的表面绝热、阻断外部空气。若考虑到这些作用，则熔渣的厚度能够为 20mm~100mm。熔渣在铸造期间能够被加热部件加热。另外，熔渣能够使用熔点为500°C~ 1400 °C的低熔点熔渣。
[0031] 所述铸坯形成工序是这样的工序：通过冷却所述铸模而将所述熔融金属冷却，从 而形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯。通过该工序，能够冷却 熔融金属而得到铸坯。
[0032] 在本发明的铸造方法中，所述铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的 内壁；绝热层，其位于所述内壁与所述石墨套筒之间。模具能够使用具有这样的形状的模 具，g卩：具有能够供熔融合金注入的沿上下方向贯通模具的空间部。这是因为，能够自该空 间部上部向模具内注入熔融合金，并且自该空间部下部沿垂直方向拉出将被注入的熔融合 金冷却而制造成的铸坯，从而能够提高制造效率。模具的截面能够为圆形状、多边形形状等 考虑到合金的种类、凝固的均匀性等的任意形状。作为模具的材质，能够使用导热性优良的 铁、铜等。
[0033] 石墨具有不易与熔渣发生反应的性质。因此，使加工石墨材料而成的石墨套筒内 接于模具的内壁，从而石墨套筒的内表面不会被熔渣侵蚀，能够通过冷却熔融合金而得到 表面平滑的铸坯。优选的是，石墨套筒的截面形状是与模具的内周形状相对应的截面形状， 并且石墨套筒的内表面与模具的内表 面在长度方向上平齐。若为这样的形状，则在所形成 的铸坯上不会作用有多余的应力，因此能够防止凝固壳发生断裂而使表面粗糙。石墨套筒 没有必要在自模具的空间部上部到空间部下部为止的整个范围内内接于模具的内壁，只要 内接于模具的内壁的位于熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近的部分即 可。例如，只要在自模具的空间部上部到设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表面位 置）下方IOOmm为止的范围内内接石墨套筒即可。
[0034] 绝热层配置在模具内壁与石墨套筒之间。通过配置为这样，绝热层发挥绝热作用， 从而能够缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的表面 粗糙。另外，在使铸坯的拉出速度为低速来进行铸造时，利用绝热层的绝热效果能够确保熔 渣的流动性。结果，能够使熔渣壳薄膜化，能够改善得到的铸坯的表面粗糙。绝热层能够设 在通过使模具的内壁的一部分为凹部形状而形成的间隙内，也能够设在通过使石墨套筒的 内接于模具的面的一部分为凹部形状而形成的间隙内。并且，还能够将绝热层设在通过在 模具和石墨套筒这两者均设置凹部形状而形成的间隙内。绝热层没有必要自石墨套筒的上 部设到下部，只要设在熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近、也就是熔融 合金的弯月面位置附近即可。例如，只要在自设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表 面位置）上方IOOmm处到弯月面上表面位置下方IOOmm处为止的范围内设置绝热层即可。 例如在模具的截面为圆形的情况下，绝热层能够采用在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周 的环状。通过采用这样的形状，能够均匀地缓和排热。另外，在模具的截面为多边形形状的 情况下，能够将绝热层设为在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周的环状的多边形形状，另 外，为了重点进行角部的排热，也能够仅在角部设置绝热层。
[0035] 所述绝热层由空隙和/或绝热材料构成。在仅由空隙构成的情况下发挥绝热作 用，在由绝热材料构成或者由空隙和绝热材料组合成的情况下也发挥绝热作用。在组合空 隙与绝热材料的情况下，能够采用例如在形成在石墨套筒与模具之间的间隙的靠石墨套筒 侧设置绝热材料、使靠模具侧为空隙的、绝热材料层和空隙层这双层构造的绝热层。并且， 能够采用在靠石墨套筒侧设置空隙、使靠模具侧为绝热材料的、绝热材料层和空隙层这双 层构造的绝热层、组合多组空隙和绝热材料而成的多层构造的绝热层。另外，还能够列举出 这样的例子：仅在间隙的上半部分内设置绝热材料并使下半部分为空隙的绝热层、仅使间 隙的上半部分为空隙并仅在下半部分内设置绝热材料的绝热层。
[0036] 在本发明的铸造方法中，所述铸模具有所述结构，除此之外，从冷却效率的观点而 言，还能够包括用于冷却模具的冷却部件等。例如，能够使用冷却水在模具的内部循环的水 冷式模具。
[0037] 在本发明的铸造方法中，所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在该液面位 置控制工序中，进行控制以使所述熔融合金的液面位于配置有所述绝热层的范围内。即，通 过进行控制以使熔融合金的液面位于铸模的设有绝热层的区域的范围内，绝热层发挥绝热 作用，从而能够缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的 表面粗糙。能够利用任意的液面控制部件对液面进行控制。
[0038] 在本发明的铸造方法中，在所述注入工序中每单位时间注入铸模的所述熔融合金 的注入高度、即注入熔融合金时的注入速度能够为〇. Olm/分~0.1 m/分。即使在熔融合金 的注入速度低于〇. Olm/分的情况下，也能够防止发生偏析，能够形成微细组织，但生产效 率降低。另外，在熔融合金的注入速度高于0.1m/分的情况下，有时发生偏析。若熔融合金 的注入速度为0.0 lm/分~0.1 m/分的范围，则能够防止发生中心偏析、倒V形偏析等合金 组成在凝固时不均匀的偏析，能够形成微细组织。
[0039] 在连续铸造方法中，能够分别控制熔融合金的注入和铸坯的拉出。其中，若所述注 入速度与铸坯的拉出速度相差过大，则难以连续地进行铸造。因此，优选的是，带有一定程 度的关联性地控制熔融合金的注入和铸坯的拉出。即，优选熔融合金的所述注入速度与铸 坯的拉出速度大致相同。例如，若在注入速度为0.0 lm/分时拉出速度也为0.0 lm/分，则能 够顺利地进行铸造。其中，连续铸造的铸造速度与拉出速度相同，若拉出速度为0.0 lm/分， 则铸造速度也为0.0 lm/分。在铸造速度为0.0 lm/分~0.1 m/分的情况下，以低速进行铸 造。
[0040] 在本发明的铸造方法中，所述绝热层的厚度能够为1mm~3mm。在绝热层的厚度薄 于Imm的情况下，缓和排热的效果较小，有时难以改善铸坯的表面粗糙。另外，在绝热层的 厚度厚于3mm的情况下，缓和排热的效果较大，但基于铸模的冷却受到抑制而导致熔融合 金难以冷却，而有可能使凝固壳的形成出现问题。若绝热层的厚度为1mm~3mm的范围，则 能够在不影响铸模的冷却效果的前提下得到缓和排热的效果。在此，在绝热层是通过组合 空隙和绝热材料而成的情况下，能够将绝热材料的厚度设为1mm~2_，使剩余的绝热层的 厚度为空隙。
[0041] 在本发明的铸造方法中，所述绝热材料能够为陶瓷片材。若为陶瓷片材，则能够充 分发挥绝热效果。
[0042] 本发明的铸造方法能够为连续铸造方法，除包括所述工序外，还能够至少包括拉 出工序、冷却工序。所述拉出工序是用于将所述铸坯自所述铸模拉出的工序。通过该工序 拉出的铸坯能够在接下来的工序中被冷却，并且能够依次向取出铸坯的铸模内注入熔融金 属。所述冷却工序是所述拉出工序后的用于冷却所述铸坯的工序。通过该工序，能够冷却 凝固壳，并且还能够冷却未凝固部而使未凝固部凝固。冷却可以根据得到的铸坯的热容量 而利用二次冷却带等冷却设备强制地冷却，但只要在铸造环境下的室温气氛下自然冷却即 可。若是包括这些工序的连续铸造方法，则能够连续地对熔融合金进行铸造而制造铸坯。
[0043] 本发明的铸造方法能够应对铁系、铝系和铜系合金等各种合金材料。
[0044] 接着，说明本发明的铸造用铸模。本发明的铸造用铸模至少包括：模具；石墨套 筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其位于所述内壁与所述石墨套筒之间。模具能够使用 具有这样的形状的模具，即：具有能够供熔融合金注入的沿上下方向贯通模具的空间部。这 是因为，能够自该空间部上部向模具内注入熔融合金，并且自该空间部下部沿垂直方向拉 出将被注入的熔融合金冷却而制造成的铸坯，从而能够提高制造效率。模具的截面能够为 圆形状、多边形形状等考虑到合金的种类、凝固的均匀性等的任意形状。作为模具的材质， 能够使用导热性优良的铁、铜等。
[0045] 石墨具有不易与熔渣发生反应的性质。因此，使加工石墨材料而成的石墨套筒内 接于模具的内壁，从而石墨套筒的内表面不会被熔渣侵蚀，能够通过冷却熔融合金而得到 表面平滑的铸坯。优选的是，石墨套筒的截面形状是对应模具并与模具相同的截面形状，并 且石墨套筒的内表面与模具的内表面平齐。若为这样的形状，则在所形成的铸坯上不会作 用有多余的应力，因此能够防止凝固壳发生断裂而使表面粗糙。石墨套筒没有必要在自模 具的空间部上部到空间部下部为止的整个范围内内接于模具的内壁，只要内接于模具的内 壁位于熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近的部分即可。例如，只要在自 模具的空间部上部到设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表面位置）下方IOOmm为止 的范围内内接石墨套筒即可。
[0046] 绝热层配置在模具内壁与石墨套筒之间。通过配置为这样，绝热层发挥绝热作用， 从而能够缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的表面 粗糙。另外，在使铸坯的拉出速度为低速来进行铸造时，利用绝热层的绝热效果能够增大熔 渣的流动性。结果，能够使熔渣壳薄膜化，能够改善得到的铸坯的表面粗糙。绝热层能够设 在通过使模具的内壁的... 一部分为凹部形状而形成的间隙内，也能够设在通过使石墨套筒的 内接于模具的面的一部分为凹部形状而形成的间隙内。并且，还能够将绝热层设在通过在 模具和石墨套筒这两者均设置凹部形状而形成的间隙内。绝热层没有必要自石墨套筒的上 部设到下部，只要设在熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近、也就是熔融 合金的弯月面位置附近即可。例如，只要在自设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表 面位置）上方IOOmm处到弯月面上表面位置下方IOOmm处为止的范围内设置绝热层即可。 例如在模具的截面为圆形的情况下，绝热层能够采用在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周 的环状。通过采用这样的形状，能够均匀地缓和排热。另外，在模具的截面为多边形形状的 情况下，能够将绝热层设为在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周的环状的多边形形状，另 外，为了重点进行角部的排热，也能够仅在角部设置绝热层。
[0047] 所述绝热层由空隙和/或绝热材料构成。在仅由空隙构成的情况下发挥绝热作 用，在由绝热材料构成或者由空隙和绝热材料组合成的情况下也发挥绝热作用。在组合空 隙与绝热材料的情况下，能够采用例如在形成在石墨套筒与模具之间的间隙的靠石墨套筒 侧设置绝热材料、使靠模具侧为空隙的、绝热材料层和空隙层这双层构造的绝热层。并且， 能够采用在靠石墨套筒侧设置空隙、使靠模具侧为绝热材料的、绝热材料层和空隙层这双 层构造的绝热层、组合多组空隙和绝热材料而成的多层构造的绝热层。另外，还能够列举出 这样的例子：仅在间隙的上半部分内设置绝热材料并使下半部分为空隙的绝热层、仅使间 隙的上半部分为空隙并仅在下半部分内设置绝热材料的绝热层。
[0048] 本发明的铸造用铸模具有所述结构，除此之外，从冷却效率的观点而言，还能够包 括用于冷却模具的冷却部件等。例如，能够使用冷却水在模具的内部循环的水冷式模具。
[0049] 在本发明的铸造用铸模中，所述绝热层的厚度能够为1mm~3_。在绝热层的厚度 薄于Imm的情况下，缓和排热的效果较小，有时难以改善铸坯的表面粗糙。另外，在绝热层 的厚度厚于3_的情况下，缓和排热的效果较大，但基于铸模的冷却受到抑制而导致熔融 合金难以冷却，而有可能使凝固壳的形成出现问题。若绝热层的厚度为1mm~3mm的范围， 则能够在不影响铸模的冷却效果的前提下得到缓和排热的效果。在此，在绝热层是空隙和 绝热材料的组合的情况下，能够将绝热材料的厚度设为1mm~2_，使剩余的绝热层的厚度 为空隙。
[0050] 在本发明的铸造用铸模中，所述绝热材料能够为陶瓷片材。若为陶瓷片材，则能够 充分发挥绝热效果。
[0051] 以下，参照【附图说明】本发明的铸造方法和铸造用铸模的实施方式。在该情况下，本 发明并不限定于附图中的实施方式。
[0052] 图8是表示以往的铸模的图。图8的（a)是铸模101的立体图，铸模101是具有 沿上下方向贯通铸模101的空间部102的模具103。图8的（b)是铸模101在铸造时的剖 视图。向配置有熔渣104的铸模101内注入熔融合金105,通过冷却模具103而将熔融合 金105冷却。由此，以熔融合金105的弯月面位置R为起点经过熔体与固相的混合物106 而形成凝固壳107,从而得到铸坯（图8的（b))。模具容易被熔渣侵蚀。因此，有时损害模 具103的与熔渣104接触的内壁的平滑性。若模具的内壁不平滑，则容易在铸坯的表面产 生粗糙。另外，在铸造速度为低速的情况下，在成为形成凝固壳的起点的熔融合金105的弯 月面位置R处过度排热而成为铸坯的表面产生粗糙的主要原因。
[0053] 图1是表示本发明的铸造用铸模的图。图1的（a)是铸模1 一 1的立体图，铸模 1 一 1是具有沿上下方向贯通铸模1 一 1的空间部2的模具3。在模具3的内壁内接有石 墨套筒4。图1的（b)是图1的（a)中的铸模1 一 1的A - A剖视图。在模具3的内壁与 石墨套筒4之间设有绝热层5。石墨套筒4的内表面6与模具3的内表面7平齐。石墨套 筒4内接在从模具3的空间部上部8到设想为熔融合金的液面的、弯月面上表面位置9的 下方为止的范围10内。绝热层5设在弯月面上表面位置9的上下数cm的范围内。图1的 (c)是图1的（b)中的铸模1 一 1的B - B剖视图。绝热层5呈在模具3的内壁与石墨套 筒4之间环绕一周的环状的四边形形状（图1的（a)、图1的（C))。
[0054] 本发明的铸造用铸模除了截面为四边形的铸模1 一 1之外，还能够是截面为圆形 的铸模1 一 2 (图2)、截面为六边形的铸模1 一 3 (图3)等任意截面形状的铸模。另外，绝热 层5能够设在通过使模具3的内壁的一部分为凹部形状18而形成的间隙内（图4的（a))， 也能够设在通过使石墨套筒4的内接于模具3的面的一部分为凹部形状19而形成的间隙 内（图4的（b))。并且，还能够将绝热层设在通过在模具3和石墨套筒4这两者均设置凹 部形状而形成的间隙内（图4的（C))。绝热层只要设在熔融合金的弯月面上表面位置的上 下数cm的范围内即可，能够位于石墨套筒4的下部区域20 (图4的（b))、石墨套筒4的中 央区域21等（图4的（a))任意位置。
[0055] 绝热层5为环状的四边形形状（图1的（a)、图1的（C))，除此之外，在模具的截 面为圆形的情况下，绝热层5能够为在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周的环状（图2)。 在模具是具有角部的、截面为多边形形状的模具的情况下，为了重点抑制角部的排热，也能 够仅在角部设置绝热层5 (图3)。
[0056] 图5是铸模1 一 1在铸造时的剖视图。向配置有熔渣14的铸模1 一 1内注入熔 融合金15,通过冷却模具3而将熔融合金15冷却。由此，以熔融合金15的弯月面位置R为 起点经过熔体与固相的混合物16而形成凝固壳17,从而得到铸坯（图5)。在熔融合金15 的弯月面位置R，使不易与熔渣14发生反应的石墨套筒4内接于模具3的内壁，从而使铸坯 的平滑性得到提高。而且，使绝热层5位于熔融合金15的弯月面位置R附近，由此能够缓 和排热而缓慢地形成凝固壳17,从而能够改善铸坯的表面粗糙。
[0057] 图6是表示包括本发明的铸造用铸模的垂直型连续铸造装置的装置截面的图。图 示的连续铸造装置30包括：中间包32,其用于保持熔融合金31 ;水冷模具33,其为铁制；升 降装置35,其用于沿垂直方向拉出自水冷模具33的下部下降的铸坯34 ;二次冷却带36,其 用于冷却自水冷模具33拉出了的铸坯34 ;喷嘴39,其设于中间包32的底部，用于使熔融合 金31作为熔融金属流37注入配置有熔渣38的水冷模具33 ;遮挡件40,其用于阻断熔融合 金31与外部空气接触；以及熔渣通电电极41。中间包32内保持的熔融合金31被自喷嘴 39注入水冷模具33。注入到水冷模具33的熔融合金31因被注入水冷模具33而被冷却， 从而自熔体50经过熔体与固相的混合物51而进一步成为固相52。形成由因水冷模具33 冷却而成为固相52的凝固壳的铸坯34被升降装置35自水冷模具33拉出而被冷却。
[0058] 水冷模具33在上部内壁设有石墨套筒42,而且在内壁与石墨套筒42之间设有绝 热层43。另外，在水冷模具33内设有供冷却水流通的冷却用空间44。
[0059] 如上所述，采用本发明的铸造方法和铸造用铸模，能够改善在铸造过程中产生的 铸坯的表面粗糙。
[0060] 【实施例】
[0061] 以下，通过示出实施例等来具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例 等。
[0062] [实施例1]
[0063] 使用图6所示的连续铸造装置30进行铸造。其中，没有使用熔渣通电电极41。在 中间包32内保持熔融合金31，向配置有厚度为50mm的具有表1所示的组成的熔渣38的 水冷模具33内注入熔融合金31，进行铸造。熔融合金使用与日本JIS SKDll相当的钢种。 恪 融金属的成分表不在表2中。将恪融合金的温度设为1500°C，将恪融合金的注入速度控 制在0. 02m/分，由此铸造速度相当于0. 02m/分（20mm/分），在此情况下进行铸造直到长度 成为3m为止。
[0064] 在实施例1中使用的水冷模具33的剖视图表示在图7中。水冷模具用于铸造 400mm见方的铸还，内侧形状为纵400mm、横400mm、长度400mm。在上部200mm部分的内壁 以环绕4方内壁一周的方式内设有厚度为8mm的石墨套筒42。通过使石墨套筒42的外壁 的、内接于模具的面的一部分以环绕4方外壁一周的方式形成为凹部形状，而在比石墨套 筒的下部靠上方30mm的位置设置高度为40mm、厚度为2mm的间隙，将厚度为1mm的陶瓷片 材卷绕在该间隙内。由此，设有这样的绝热层：在石墨套筒侧配置有厚度为1mm的陶瓷片材 层53,并且在模具侧配置有厚度为1mm的空隙层54。
[0065] 为了在熔融合金31的弯月面位置R发挥绝热层的排热缓和效果，进行了控制以使 液面位于在比绝热层的上端靠下方20mm的位置、即绝热层的高度的中央位置。
[0066]【表1】
[0067] 熔渣组成（质量％ )
[0068]
[0069]【表2】
[0070] 熔融金属组成（质量％ )
[0071]
[0072] [比较例1]
[0073] 如图8所示，将没有设置石墨套筒和绝热层的铸模作为水冷模具，使其他条件与 实施例1的条件相同来进行铸造。
[0074] 通过实施例1的铸造方法得到的铸坯的外观照片表示在图9中。如该图9所示， 通过实施例1的铸造方法得到的铸坯的表面粗糙得到改善。另一方面，通过比较例1的铸 造方法得到的铸坯发生铸漏而无法得到铸坯。
[0075] [实施例2]
[0076] 在实施例2中，加快铸造速度来铸造相比实施例1而言截面较大的铸坯。
[0077] 使用具有表3所示的组成的熔渣38,将熔融合金的注入速度控制在0. 03m/分，由 此铸造速度相当于〇.〇3m/分，以此铸造400分钟。在以下说明水冷模具。其他条件采用与 实施例1相同的条件。
[0078] 实施例2中使用的水冷模具33的剖视图表示在图7中。水冷模具用于铸造短边 为400mm、长边为600mm的铸还，内侧形状为纵400mm、横600mm、长度400mm。在上部200mm 部分的内壁以环绕4方内壁一周的方式内设有厚度为8mm的石墨套筒42。通过使石墨套筒 42的外壁的、内接于模具的面的一部分以环绕4方外壁一周的方式形成为凹部形状，而在 比石墨套筒的下部靠上方30mm的位置设置高度为40mm、厚度为2mm的间隙，将厚度为1mm 的陶瓷片材卷绕在该间隙内。由此，设有这样的绝热层：在石墨套筒侧配置有厚度为1mm的 陶瓷片材层53,并且在模具侧配置有厚度为1mm的空隙层54。
[0079] 为了在熔融合金31的弯月面位置R发挥绝热层的排热缓和效果，进行了控制以使 液面位于比绝热层的上端靠下方20mm的位置、即绝热层的高度的中央位置。
[0080] 【表3】
[0081] 熔渣组成（质量％ )
[0082]
[0083] [比较例2]
[0084] 如图8所示，将没有设置石墨套筒和绝热层的铸模作为水冷模具，使其他条件与 实施例2的条件相同来进行铸造。
[0085] 与实施例1同样地，采用实施例2的铸造方法也能够得到表面粗糙得到改善的铸 坯。另一方面，通过比较例2的铸造方法得到的铸坯的外观照片表示在图10的（a)中，表 面的近距离照片表示在图10的（b)中。如该图10所示，确认了：对于通过比较例2的铸造 方法得到的铸坯，在铸造方向上的整个长度范围内（图10的（a))以及角部（图10的（b)) 出现筋状的凹凸，铸坯的表面出现粗糙。
[0086] 根据以上内容，在熔渣和钢水的边界附近、即钢水与铸模接触的位置附近设置空 隙，能够缓和弯月面位置附近的排热。结果，确认了：通过缓慢地形成凝固壳，从而能够改善 在以低速进行铸造时铸坯的表面粗糙。
[0087] 产业h的可利用件
[0088] 采用本发明，能够改善在铸造过程中产生的铸坯的表面粗糙，因此在产业上是有 用的。
[0089] 附图标记说明
[0090] 1 一 1、铸模；1 一 2、铸模；1 一 3、铸模；2、空间部；3、模具；4、石墨套筒；5、绝热层； 6、石墨套筒的内表面；7、模具的内表面；8、模具的空间部上部；9、弯月面上表面位置；10、 模具3的自空间部上部到弯月面上表面位置下方为止的范围；14、熔渣；15、熔融合金；16、 熔体与固相的混合物；17、凝固壳；18、模具的内壁的凹部形状；19、石墨套筒的凹部形状； 20、石墨套筒的下部区域；21、石墨套筒的中央区域；30、连续铸造装置；31、熔融合金；32、 中间包；33、水冷模具；34、铸坯；35、升降装置；36、二次冷却带；37、熔融金属流；38、熔渣； 39、喷嘴；40、遮挡件；41、熔渣通电电极；42、石墨套筒；43、绝热层；44、冷却用空间；50、熔 体；51、熔体与固相的混合物；52、固相；53、陶瓷片材层；54、空隙层；101、铸模；102、空间 部；103、模具；104、熔渣；105、熔融合金；106、熔体与固相的混合物；107、凝固壳；R、弯月 面位置。
【主权项】
1. 一种铸造方法， 该铸造方法至少包括： 注入工序，在该注入工序中，将熔融合金注入配置有熔渣的铸模内； 铸坯形成工序，在该铸坯形成工序中，通过冷却所述铸模而将所述熔融合金冷却，从而 形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯， 其中， 所述铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置在所 述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料构成， 所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在该液面位置控制工序中，进行控制以使 所述熔融合金的液面位于配置有所述绝热层的范围内。2. 根据权利要求1所述的铸造方法，其中， 在所述注入工序中，注入所述熔融合金时的注入速度为〇.Olm/分~0.Im/分。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的铸造方法，其中， 所述绝热层的厚度为Imm~3mm〇4. 根据权利要求1~权利要求3中任意一项所述的铸造方法，其中， 所述绝热材料为陶瓷片材。5. -种铸造用铸模，其中， 该铸造用铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置 在所述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料构成。6. 根据权利要求5所述的铸造用铸模，其中， 所述绝热层的厚度为Imm~3mm〇7. 根据权利要求5或权利要求6所述的铸造用铸模，其中， 所述绝热材料为陶瓷片材。
【专利摘要】本发明提供一种用于改善在铸造过程中产生的铸坯的表面粗糙的铸造方法和铸造用铸模。该铸造方法至少包括：注入工序，在该注入工序中，将熔融合金注入配置有熔渣的铸模内；铸坯形成工序，在该铸坯形成工序中，通过冷却所述铸模而将所述熔融金属冷却，从而形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯，其中，所述铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由位于所述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料构成，所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在液面位置控制工序中，进行控制以使所述熔融合金的液面位于所述绝热层的配置范围内。
【IPC分类】B22D11/04
【公开号】CN104889351
【申请号】CN201510093654
【发明人】三岛节夫, 石本靖, 相川隆法
【申请人】日立金属株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月2日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铸造方法和铸造用铸模，特别涉及用于改善在铸造过程中铸坯的表面 粗糙的铸造方法和铸造用模具。
【背景技术】
[0002] 作为钢铁生产工艺之一，能够列举出钢铁联合工艺。具体而言，为这样的工艺：在 高炉内从铁矿石制造铁水，接着在转炉内从铁水制造钢水，之后通过连续铸造使经二次精 炼而高纯度化的钢水凝固。在对得到的铸造品加热后进行热轧，之后经过多个工序而得到 钢铁制品（非专利文献1)。
[0003] 连续铸造法是连续地进行使熔融金属凝固的铸造的方法、即：在铸模内连续地对 熔融金属进行铸造并连续地取出凝固了的铸坯来进行生产的方法。作为连续铸造装置的设 备，具有：用于分配来自浇包的熔融金属的中间包；用于向铸模引导熔融金属的浸渍喷嘴； 用于使熔融金属凝固而形成凝固壳从而得到铸坯的铸模；以及用于从凝固壳的周围对凝固 壳进行冷却的二次冷却带等。采用连续铸造法，能够使熔融金属连续地凝固，因此能够提高 生产率。并且，该连续铸造法是能够应对铁系、铝系、铜系以及它们的合金等各种金属材料 的方法。
[0004] 优选的是，在对熔融合金进行铸造时控制铸造工序，以防止发生中心偏析、倒V形 偏析等合金组成在凝固时不均匀的偏析，并能够形成微细组织。作为该控制方法之一，能够 列举出用于控制自铸模拉出铸坯的拉出速度的方法。通过将拉出速度控制为比通常低的速 度，从而防止发生偏析，能够铸造形成有微细组织的铸坯。
【发明内容】
[0005] 发明要解决的问题
[0006] 然而，若使拉出速度为低速，则有时在所拉出的铸坯的表面出现凹凸形状较大的 粗糙。在存在这样的粗糙的情况下，会出现这样的问题：在接下来的工序、即乳制、锻造等加 工工序中产生自凹凸部裂开那样的裂纹。并且，存在这样的情况：粗糙的部分的组织不均 匀。因此，设置在进入接下来的工序之前包括粗糙的部分在内地对铸坯的表面进行切削的 中间工序，然而，若凹凸形状较大，则切削量较大，而导致成品率降低。因此，要求通过铸造 得到的铸坯的表面尽可能平滑。
[0007] 现有抟术f献
[0008] 非专利f献
[0009] 非专利文献1 :日本田中和明著，" A <打扣§最新金属?基本t仕組办"，第1版， 株式会社秀和システ厶，2013年3月15日，P. 124 - 125。
[0010] 鉴于所述问题点，本发明的目的在于提供一种用于改善在铸造过程中铸坯的表面 粗糙的铸造方法和铸造用模具。
[0011] 用于解决问题的方案
[0012] 为了解决所述问题，本发明人首先对在以低速进行铸造的情况下铸坯的表面产生 粗糙的原因进行了深入研宄。结果发现，在使用配置有熔渣的铸模并使铸坯的拉出速度为 低速时，自铸模缓慢地拉出铸坯，在该情况下，铸模对钢水过度排热。特别是，查明了 ：在熔 渣和钢水的边界附近、即钢水与铸模接触的位置附近、也就是钢水的弯月面位置附近，开始 形成凝固壳，在该附近被过度排热是铸坯的表面产生粗糙的原因。基于该结果，本发明人针 对能够改善在以低速进行铸造的情况下产生的铸坯的表面粗糙的方法进行了认真研宄。结 果，在位于熔渣和钢水的边界附近、即钢水与铸模接触的位置附近设置空隙等绝热层，能够 缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的表面粗糙。并 且，在使铸坯的拉出速度为低速来进行铸造时，利用绝热层的绝热效果能够增大熔渣的流 动性。结果，能够使熔渣壳薄膜化，能够改善得到的铸坯的表面粗糙。本发明人得到这些见 解，从而想到了本发明。
[0013] 即，本发明的铸造方法至少包括：注入工序，在该注入工序中，将熔融合金注入配 置有熔渣的铸模内；铸坯形成工序，在该铸坯形成工序中，通过冷却所述铸模而将所述熔融 金属冷却，从而形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯，其中，所述 铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置在所述内壁与 所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料，所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在 该液面位置控制工序中，进行控制以使所述熔融合金的液面位于配置有所述绝热层的范围 内。
[0014] 本发明的另一技术方案是一种铸造用铸模，该铸造用铸模至少包括：模具；石墨 套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置在所述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和 /或绝热材料构成。
[0015] 发明的效果
[0016] 采用本发明的铸造方法和铸造用铸模，能够改善在铸造过程中产生的铸坯的表面 粗糙。
【附图说明】
[0017] 图1是表不本发明的铸造用铸丰旲的图。
[0018] 图2是表示与图1不同的形态的铸造用铸模的图。
[0019] 图3是表示与图1、图2不同的形态的铸造用铸模的图。
[0020]图4是说明本发明的铸造用铸模的空隙的形态的图。
[0021] 图5是本发明的铸造用铸模在铸造时的剖视图。
[0022] 图6是表示包括本发明的铸造用铸模的垂直型连续铸造装置的装置截面的图。
[0023] 图7是实施例1中使用的铸造用铸模的剖视图。
[0024] 图8是表示以往的铸造用铸模的图。
[0025] 图9是通过实施例1铸造的铸坯的外观照片。
[0026] 图10是通过比较例2铸造的铸坯的外观照片。
【具体实施方式】
[0027] 以下，详细说明本发明的铸造方法和铸造用铸模的一般形态。其中，本发明并不受 以下要说明的形态限定。
[0028] 本发明的铸造方法至少包括注入工序、铸坯形成工序。所述注入工序是用于将熔 融合金注入配置有熔渣的铸模的工序。所述注入工序是用于使熔融合金凝固而形成铸坯之 前的工序。
[0029] 作为熔融合金，能够应用特别是难以实现微细组织化且难以降低成分偏析的冷模 具钢、热模具钢、高速度工具钢等工具钢、其他的高合金钢等、应用于电渣重熔法（ESR法） 的合金。具体而言，能够应用于以铁为主要成分且具有碳为3. 0质量％以下、铁以外的金属 元素为5质量％以上的熔融合金的铸造，特别是能够应用于碳为0. 1质量％~3. 0质量％ 的组成的熔融合金的铸造。
[0030] 熔渣具有捕捉夹杂物、使熔融合金脱硫这样的提炼作用，并且还发挥这样的作用： 使铸模内的熔融合金的表面绝热、阻断外部空气。若考虑到这些作用，则熔渣的厚度能够为 20mm~100mm。熔渣在铸造期间能够被加热部件加热。另外，熔渣能够使用熔点为500°C~ 1400 °C的低熔点熔渣。
[0031] 所述铸坯形成工序是这样的工序：通过冷却所述铸模而将所述熔融金属冷却，从 而形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯。通过该工序，能够冷却 熔融金属而得到铸坯。
[0032] 在本发明的铸造方法中，所述铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的 内壁；绝热层，其位于所述内壁与所述石墨套筒之间。模具能够使用具有这样的形状的模 具，g卩：具有能够供熔融合金注入的沿上下方向贯通模具的空间部。这是因为，能够自该空 间部上部向模具内注入熔融合金，并且自该空间部下部沿垂直方向拉出将被注入的熔融合 金冷却而制造成的铸坯，从而能够提高制造效率。模具的截面能够为圆形状、多边形形状等 考虑到合金的种类、凝固的均匀性等的任意形状。作为模具的材质，能够使用导热性优良的 铁、铜等。
[0033] 石墨具有不易与熔渣发生反应的性质。因此，使加工石墨材料而成的石墨套筒内 接于模具的内壁，从而石墨套筒的内表面不会被熔渣侵蚀，能够通过冷却熔融合金而得到 表面平滑的铸坯。优选的是，石墨套筒的截面形状是与模具的内周形状相对应的截面形状， 并且石墨套筒的内表面与模具的内表 面在长度方向上平齐。若为这样的形状，则在所形成 的铸坯上不会作用有多余的应力，因此能够防止凝固壳发生断裂而使表面粗糙。石墨套筒 没有必要在自模具的空间部上部到空间部下部为止的整个范围内内接于模具的内壁，只要 内接于模具的内壁的位于熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近的部分即 可。例如，只要在自模具的空间部上部到设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表面位 置）下方IOOmm为止的范围内内接石墨套筒即可。
[0034] 绝热层配置在模具内壁与石墨套筒之间。通过配置为这样，绝热层发挥绝热作用， 从而能够缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的表面 粗糙。另外，在使铸坯的拉出速度为低速来进行铸造时，利用绝热层的绝热效果能够确保熔 渣的流动性。结果，能够使熔渣壳薄膜化，能够改善得到的铸坯的表面粗糙。绝热层能够设 在通过使模具的内壁的一部分为凹部形状而形成的间隙内，也能够设在通过使石墨套筒的 内接于模具的面的一部分为凹部形状而形成的间隙内。并且，还能够将绝热层设在通过在 模具和石墨套筒这两者均设置凹部形状而形成的间隙内。绝热层没有必要自石墨套筒的上 部设到下部，只要设在熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近、也就是熔融 合金的弯月面位置附近即可。例如，只要在自设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表 面位置）上方IOOmm处到弯月面上表面位置下方IOOmm处为止的范围内设置绝热层即可。 例如在模具的截面为圆形的情况下，绝热层能够采用在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周 的环状。通过采用这样的形状，能够均匀地缓和排热。另外，在模具的截面为多边形形状的 情况下，能够将绝热层设为在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周的环状的多边形形状，另 外，为了重点进行角部的排热，也能够仅在角部设置绝热层。
[0035] 所述绝热层由空隙和/或绝热材料构成。在仅由空隙构成的情况下发挥绝热作 用，在由绝热材料构成或者由空隙和绝热材料组合成的情况下也发挥绝热作用。在组合空 隙与绝热材料的情况下，能够采用例如在形成在石墨套筒与模具之间的间隙的靠石墨套筒 侧设置绝热材料、使靠模具侧为空隙的、绝热材料层和空隙层这双层构造的绝热层。并且， 能够采用在靠石墨套筒侧设置空隙、使靠模具侧为绝热材料的、绝热材料层和空隙层这双 层构造的绝热层、组合多组空隙和绝热材料而成的多层构造的绝热层。另外，还能够列举出 这样的例子：仅在间隙的上半部分内设置绝热材料并使下半部分为空隙的绝热层、仅使间 隙的上半部分为空隙并仅在下半部分内设置绝热材料的绝热层。
[0036] 在本发明的铸造方法中，所述铸模具有所述结构，除此之外，从冷却效率的观点而 言，还能够包括用于冷却模具的冷却部件等。例如，能够使用冷却水在模具的内部循环的水 冷式模具。
[0037] 在本发明的铸造方法中，所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在该液面位 置控制工序中，进行控制以使所述熔融合金的液面位于配置有所述绝热层的范围内。即，通 过进行控制以使熔融合金的液面位于铸模的设有绝热层的区域的范围内，绝热层发挥绝热 作用，从而能够缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的 表面粗糙。能够利用任意的液面控制部件对液面进行控制。
[0038] 在本发明的铸造方法中，在所述注入工序中每单位时间注入铸模的所述熔融合金 的注入高度、即注入熔融合金时的注入速度能够为〇. Olm/分~0.1 m/分。即使在熔融合金 的注入速度低于〇. Olm/分的情况下，也能够防止发生偏析，能够形成微细组织，但生产效 率降低。另外，在熔融合金的注入速度高于0.1m/分的情况下，有时发生偏析。若熔融合金 的注入速度为0.0 lm/分~0.1 m/分的范围，则能够防止发生中心偏析、倒V形偏析等合金 组成在凝固时不均匀的偏析，能够形成微细组织。
[0039] 在连续铸造方法中，能够分别控制熔融合金的注入和铸坯的拉出。其中，若所述注 入速度与铸坯的拉出速度相差过大，则难以连续地进行铸造。因此，优选的是，带有一定程 度的关联性地控制熔融合金的注入和铸坯的拉出。即，优选熔融合金的所述注入速度与铸 坯的拉出速度大致相同。例如，若在注入速度为0.0 lm/分时拉出速度也为0.0 lm/分，则能 够顺利地进行铸造。其中，连续铸造的铸造速度与拉出速度相同，若拉出速度为0.0 lm/分， 则铸造速度也为0.0 lm/分。在铸造速度为0.0 lm/分~0.1 m/分的情况下，以低速进行铸 造。
[0040] 在本发明的铸造方法中，所述绝热层的厚度能够为1mm~3mm。在绝热层的厚度薄 于Imm的情况下，缓和排热的效果较小，有时难以改善铸坯的表面粗糙。另外，在绝热层的 厚度厚于3mm的情况下，缓和排热的效果较大，但基于铸模的冷却受到抑制而导致熔融合 金难以冷却，而有可能使凝固壳的形成出现问题。若绝热层的厚度为1mm~3mm的范围，则 能够在不影响铸模的冷却效果的前提下得到缓和排热的效果。在此，在绝热层是通过组合 空隙和绝热材料而成的情况下，能够将绝热材料的厚度设为1mm~2_，使剩余的绝热层的 厚度为空隙。
[0041] 在本发明的铸造方法中，所述绝热材料能够为陶瓷片材。若为陶瓷片材，则能够充 分发挥绝热效果。
[0042] 本发明的铸造方法能够为连续铸造方法，除包括所述工序外，还能够至少包括拉 出工序、冷却工序。所述拉出工序是用于将所述铸坯自所述铸模拉出的工序。通过该工序 拉出的铸坯能够在接下来的工序中被冷却，并且能够依次向取出铸坯的铸模内注入熔融金 属。所述冷却工序是所述拉出工序后的用于冷却所述铸坯的工序。通过该工序，能够冷却 凝固壳，并且还能够冷却未凝固部而使未凝固部凝固。冷却可以根据得到的铸坯的热容量 而利用二次冷却带等冷却设备强制地冷却，但只要在铸造环境下的室温气氛下自然冷却即 可。若是包括这些工序的连续铸造方法，则能够连续地对熔融合金进行铸造而制造铸坯。
[0043] 本发明的铸造方法能够应对铁系、铝系和铜系合金等各种合金材料。
[0044] 接着，说明本发明的铸造用铸模。本发明的铸造用铸模至少包括：模具；石墨套 筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其位于所述内壁与所述石墨套筒之间。模具能够使用 具有这样的形状的模具，即：具有能够供熔融合金注入的沿上下方向贯通模具的空间部。这 是因为，能够自该空间部上部向模具内注入熔融合金，并且自该空间部下部沿垂直方向拉 出将被注入的熔融合金冷却而制造成的铸坯，从而能够提高制造效率。模具的截面能够为 圆形状、多边形形状等考虑到合金的种类、凝固的均匀性等的任意形状。作为模具的材质， 能够使用导热性优良的铁、铜等。
[0045] 石墨具有不易与熔渣发生反应的性质。因此，使加工石墨材料而成的石墨套筒内 接于模具的内壁，从而石墨套筒的内表面不会被熔渣侵蚀，能够通过冷却熔融合金而得到 表面平滑的铸坯。优选的是，石墨套筒的截面形状是对应模具并与模具相同的截面形状，并 且石墨套筒的内表面与模具的内表面平齐。若为这样的形状，则在所形成的铸坯上不会作 用有多余的应力，因此能够防止凝固壳发生断裂而使表面粗糙。石墨套筒没有必要在自模 具的空间部上部到空间部下部为止的整个范围内内接于模具的内壁，只要内接于模具的内 壁位于熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近的部分即可。例如，只要在自 模具的空间部上部到设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表面位置）下方IOOmm为止 的范围内内接石墨套筒即可。
[0046] 绝热层配置在模具内壁与石墨套筒之间。通过配置为这样，绝热层发挥绝热作用， 从而能够缓和弯月面位置附近的排热，能够缓慢地形成凝固壳，从而能够改善铸坯的表面 粗糙。另外，在使铸坯的拉出速度为低速来进行铸造时，利用绝热层的绝热效果能够增大熔 渣的流动性。结果，能够使熔渣壳薄膜化，能够改善得到的铸坯的表面粗糙。绝热层能够设 在通过使模具的内壁的... 一部分为凹部形状而形成的间隙内，也能够设在通过使石墨套筒的 内接于模具的面的一部分为凹部形状而形成的间隙内。并且，还能够将绝热层设在通过在 模具和石墨套筒这两者均设置凹部形状而形成的间隙内。绝热层没有必要自石墨套筒的上 部设到下部，只要设在熔渣和熔融合金的边界附近、即与铸模接触的位置附近、也就是熔融 合金的弯月面位置附近即可。例如，只要在自设想为熔融合金的液面的位置（弯月面上表 面位置）上方IOOmm处到弯月面上表面位置下方IOOmm处为止的范围内设置绝热层即可。 例如在模具的截面为圆形的情况下，绝热层能够采用在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周 的环状。通过采用这样的形状，能够均匀地缓和排热。另外，在模具的截面为多边形形状的 情况下，能够将绝热层设为在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周的环状的多边形形状，另 外，为了重点进行角部的排热，也能够仅在角部设置绝热层。
[0047] 所述绝热层由空隙和/或绝热材料构成。在仅由空隙构成的情况下发挥绝热作 用，在由绝热材料构成或者由空隙和绝热材料组合成的情况下也发挥绝热作用。在组合空 隙与绝热材料的情况下，能够采用例如在形成在石墨套筒与模具之间的间隙的靠石墨套筒 侧设置绝热材料、使靠模具侧为空隙的、绝热材料层和空隙层这双层构造的绝热层。并且， 能够采用在靠石墨套筒侧设置空隙、使靠模具侧为绝热材料的、绝热材料层和空隙层这双 层构造的绝热层、组合多组空隙和绝热材料而成的多层构造的绝热层。另外，还能够列举出 这样的例子：仅在间隙的上半部分内设置绝热材料并使下半部分为空隙的绝热层、仅使间 隙的上半部分为空隙并仅在下半部分内设置绝热材料的绝热层。
[0048] 本发明的铸造用铸模具有所述结构，除此之外，从冷却效率的观点而言，还能够包 括用于冷却模具的冷却部件等。例如，能够使用冷却水在模具的内部循环的水冷式模具。
[0049] 在本发明的铸造用铸模中，所述绝热层的厚度能够为1mm~3_。在绝热层的厚度 薄于Imm的情况下，缓和排热的效果较小，有时难以改善铸坯的表面粗糙。另外，在绝热层 的厚度厚于3_的情况下，缓和排热的效果较大，但基于铸模的冷却受到抑制而导致熔融 合金难以冷却，而有可能使凝固壳的形成出现问题。若绝热层的厚度为1mm~3mm的范围， 则能够在不影响铸模的冷却效果的前提下得到缓和排热的效果。在此，在绝热层是空隙和 绝热材料的组合的情况下，能够将绝热材料的厚度设为1mm~2_，使剩余的绝热层的厚度 为空隙。
[0050] 在本发明的铸造用铸模中，所述绝热材料能够为陶瓷片材。若为陶瓷片材，则能够 充分发挥绝热效果。
[0051] 以下，参照【附图说明】本发明的铸造方法和铸造用铸模的实施方式。在该情况下，本 发明并不限定于附图中的实施方式。
[0052] 图8是表示以往的铸模的图。图8的（a)是铸模101的立体图，铸模101是具有 沿上下方向贯通铸模101的空间部102的模具103。图8的（b)是铸模101在铸造时的剖 视图。向配置有熔渣104的铸模101内注入熔融合金105,通过冷却模具103而将熔融合 金105冷却。由此，以熔融合金105的弯月面位置R为起点经过熔体与固相的混合物106 而形成凝固壳107,从而得到铸坯（图8的（b))。模具容易被熔渣侵蚀。因此，有时损害模 具103的与熔渣104接触的内壁的平滑性。若模具的内壁不平滑，则容易在铸坯的表面产 生粗糙。另外，在铸造速度为低速的情况下，在成为形成凝固壳的起点的熔融合金105的弯 月面位置R处过度排热而成为铸坯的表面产生粗糙的主要原因。
[0053] 图1是表示本发明的铸造用铸模的图。图1的（a)是铸模1 一 1的立体图，铸模 1 一 1是具有沿上下方向贯通铸模1 一 1的空间部2的模具3。在模具3的内壁内接有石 墨套筒4。图1的（b)是图1的（a)中的铸模1 一 1的A - A剖视图。在模具3的内壁与 石墨套筒4之间设有绝热层5。石墨套筒4的内表面6与模具3的内表面7平齐。石墨套 筒4内接在从模具3的空间部上部8到设想为熔融合金的液面的、弯月面上表面位置9的 下方为止的范围10内。绝热层5设在弯月面上表面位置9的上下数cm的范围内。图1的 (c)是图1的（b)中的铸模1 一 1的B - B剖视图。绝热层5呈在模具3的内壁与石墨套 筒4之间环绕一周的环状的四边形形状（图1的（a)、图1的（C))。
[0054] 本发明的铸造用铸模除了截面为四边形的铸模1 一 1之外，还能够是截面为圆形 的铸模1 一 2 (图2)、截面为六边形的铸模1 一 3 (图3)等任意截面形状的铸模。另外，绝热 层5能够设在通过使模具3的内壁的一部分为凹部形状18而形成的间隙内（图4的（a))， 也能够设在通过使石墨套筒4的内接于模具3的面的一部分为凹部形状19而形成的间隙 内（图4的（b))。并且，还能够将绝热层设在通过在模具3和石墨套筒4这两者均设置凹 部形状而形成的间隙内（图4的（C))。绝热层只要设在熔融合金的弯月面上表面位置的上 下数cm的范围内即可，能够位于石墨套筒4的下部区域20 (图4的（b))、石墨套筒4的中 央区域21等（图4的（a))任意位置。
[0055] 绝热层5为环状的四边形形状（图1的（a)、图1的（C))，除此之外，在模具的截 面为圆形的情况下，绝热层5能够为在模具内壁与石墨套筒之间环绕一周的环状（图2)。 在模具是具有角部的、截面为多边形形状的模具的情况下，为了重点抑制角部的排热，也能 够仅在角部设置绝热层5 (图3)。
[0056] 图5是铸模1 一 1在铸造时的剖视图。向配置有熔渣14的铸模1 一 1内注入熔 融合金15,通过冷却模具3而将熔融合金15冷却。由此，以熔融合金15的弯月面位置R为 起点经过熔体与固相的混合物16而形成凝固壳17,从而得到铸坯（图5)。在熔融合金15 的弯月面位置R，使不易与熔渣14发生反应的石墨套筒4内接于模具3的内壁，从而使铸坯 的平滑性得到提高。而且，使绝热层5位于熔融合金15的弯月面位置R附近，由此能够缓 和排热而缓慢地形成凝固壳17,从而能够改善铸坯的表面粗糙。
[0057] 图6是表示包括本发明的铸造用铸模的垂直型连续铸造装置的装置截面的图。图 示的连续铸造装置30包括：中间包32,其用于保持熔融合金31 ;水冷模具33,其为铁制；升 降装置35,其用于沿垂直方向拉出自水冷模具33的下部下降的铸坯34 ;二次冷却带36,其 用于冷却自水冷模具33拉出了的铸坯34 ;喷嘴39,其设于中间包32的底部，用于使熔融合 金31作为熔融金属流37注入配置有熔渣38的水冷模具33 ;遮挡件40,其用于阻断熔融合 金31与外部空气接触；以及熔渣通电电极41。中间包32内保持的熔融合金31被自喷嘴 39注入水冷模具33。注入到水冷模具33的熔融合金31因被注入水冷模具33而被冷却， 从而自熔体50经过熔体与固相的混合物51而进一步成为固相52。形成由因水冷模具33 冷却而成为固相52的凝固壳的铸坯34被升降装置35自水冷模具33拉出而被冷却。
[0058] 水冷模具33在上部内壁设有石墨套筒42,而且在内壁与石墨套筒42之间设有绝 热层43。另外，在水冷模具33内设有供冷却水流通的冷却用空间44。
[0059] 如上所述，采用本发明的铸造方法和铸造用铸模，能够改善在铸造过程中产生的 铸坯的表面粗糙。
[0060] 【实施例】
[0061] 以下，通过示出实施例等来具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例 等。
[0062] [实施例1]
[0063] 使用图6所示的连续铸造装置30进行铸造。其中，没有使用熔渣通电电极41。在 中间包32内保持熔融合金31，向配置有厚度为50mm的具有表1所示的组成的熔渣38的 水冷模具33内注入熔融合金31，进行铸造。熔融合金使用与日本JIS SKDll相当的钢种。 恪 融金属的成分表不在表2中。将恪融合金的温度设为1500°C，将恪融合金的注入速度控 制在0. 02m/分，由此铸造速度相当于0. 02m/分（20mm/分），在此情况下进行铸造直到长度 成为3m为止。
[0064] 在实施例1中使用的水冷模具33的剖视图表示在图7中。水冷模具用于铸造 400mm见方的铸还，内侧形状为纵400mm、横400mm、长度400mm。在上部200mm部分的内壁 以环绕4方内壁一周的方式内设有厚度为8mm的石墨套筒42。通过使石墨套筒42的外壁 的、内接于模具的面的一部分以环绕4方外壁一周的方式形成为凹部形状，而在比石墨套 筒的下部靠上方30mm的位置设置高度为40mm、厚度为2mm的间隙，将厚度为1mm的陶瓷片 材卷绕在该间隙内。由此，设有这样的绝热层：在石墨套筒侧配置有厚度为1mm的陶瓷片材 层53,并且在模具侧配置有厚度为1mm的空隙层54。
[0065] 为了在熔融合金31的弯月面位置R发挥绝热层的排热缓和效果，进行了控制以使 液面位于在比绝热层的上端靠下方20mm的位置、即绝热层的高度的中央位置。
[0066]【表1】
[0067] 熔渣组成（质量％ )
[0068]
[0069]【表2】
[0070] 熔融金属组成（质量％ )
[0071]
[0072] [比较例1]
[0073] 如图8所示，将没有设置石墨套筒和绝热层的铸模作为水冷模具，使其他条件与 实施例1的条件相同来进行铸造。
[0074] 通过实施例1的铸造方法得到的铸坯的外观照片表示在图9中。如该图9所示， 通过实施例1的铸造方法得到的铸坯的表面粗糙得到改善。另一方面，通过比较例1的铸 造方法得到的铸坯发生铸漏而无法得到铸坯。
[0075] [实施例2]
[0076] 在实施例2中，加快铸造速度来铸造相比实施例1而言截面较大的铸坯。
[0077] 使用具有表3所示的组成的熔渣38,将熔融合金的注入速度控制在0. 03m/分，由 此铸造速度相当于〇.〇3m/分，以此铸造400分钟。在以下说明水冷模具。其他条件采用与 实施例1相同的条件。
[0078] 实施例2中使用的水冷模具33的剖视图表示在图7中。水冷模具用于铸造短边 为400mm、长边为600mm的铸还，内侧形状为纵400mm、横600mm、长度400mm。在上部200mm 部分的内壁以环绕4方内壁一周的方式内设有厚度为8mm的石墨套筒42。通过使石墨套筒 42的外壁的、内接于模具的面的一部分以环绕4方外壁一周的方式形成为凹部形状，而在 比石墨套筒的下部靠上方30mm的位置设置高度为40mm、厚度为2mm的间隙，将厚度为1mm 的陶瓷片材卷绕在该间隙内。由此，设有这样的绝热层：在石墨套筒侧配置有厚度为1mm的 陶瓷片材层53,并且在模具侧配置有厚度为1mm的空隙层54。
[0079] 为了在熔融合金31的弯月面位置R发挥绝热层的排热缓和效果，进行了控制以使 液面位于比绝热层的上端靠下方20mm的位置、即绝热层的高度的中央位置。
[0080] 【表3】
[0081] 熔渣组成（质量％ )
[0082]
[0083] [比较例2]
[0084] 如图8所示，将没有设置石墨套筒和绝热层的铸模作为水冷模具，使其他条件与 实施例2的条件相同来进行铸造。
[0085] 与实施例1同样地，采用实施例2的铸造方法也能够得到表面粗糙得到改善的铸 坯。另一方面，通过比较例2的铸造方法得到的铸坯的外观照片表示在图10的（a)中，表 面的近距离照片表示在图10的（b)中。如该图10所示，确认了：对于通过比较例2的铸造 方法得到的铸坯，在铸造方向上的整个长度范围内（图10的（a))以及角部（图10的（b)) 出现筋状的凹凸，铸坯的表面出现粗糙。
[0086] 根据以上内容，在熔渣和钢水的边界附近、即钢水与铸模接触的位置附近设置空 隙，能够缓和弯月面位置附近的排热。结果，确认了：通过缓慢地形成凝固壳，从而能够改善 在以低速进行铸造时铸坯的表面粗糙。
[0087] 产业h的可利用件
[0088] 采用本发明，能够改善在铸造过程中产生的铸坯的表面粗糙，因此在产业上是有 用的。
[0089] 附图标记说明
[0090] 1 一 1、铸模；1 一 2、铸模；1 一 3、铸模；2、空间部；3、模具；4、石墨套筒；5、绝热层； 6、石墨套筒的内表面；7、模具的内表面；8、模具的空间部上部；9、弯月面上表面位置；10、 模具3的自空间部上部到弯月面上表面位置下方为止的范围；14、熔渣；15、熔融合金；16、 熔体与固相的混合物；17、凝固壳；18、模具的内壁的凹部形状；19、石墨套筒的凹部形状； 20、石墨套筒的下部区域；21、石墨套筒的中央区域；30、连续铸造装置；31、熔融合金；32、 中间包；33、水冷模具；34、铸坯；35、升降装置；36、二次冷却带；37、熔融金属流；38、熔渣； 39、喷嘴；40、遮挡件；41、熔渣通电电极；42、石墨套筒；43、绝热层；44、冷却用空间；50、熔 体；51、熔体与固相的混合物；52、固相；53、陶瓷片材层；54、空隙层；101、铸模；102、空间 部；103、模具；104、熔渣；105、熔融合金；106、熔体与固相的混合物；107、凝固壳；R、弯月 面位置。
【主权项】
1. 一种铸造方法， 该铸造方法至少包括： 注入工序，在该注入工序中，将熔融合金注入配置有熔渣的铸模内； 铸坯形成工序，在该铸坯形成工序中，通过冷却所述铸模而将所述熔融合金冷却，从而 形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯， 其中， 所述铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置在所 述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料构成， 所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在该液面位置控制工序中，进行控制以使 所述熔融合金的液面位于配置有所述绝热层的范围内。2. 根据权利要求1所述的铸造方法，其中， 在所述注入工序中，注入所述熔融合金时的注入速度为〇.Olm/分~0.Im/分。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的铸造方法，其中， 所述绝热层的厚度为Imm~3mm〇4. 根据权利要求1~权利要求3中任意一项所述的铸造方法，其中， 所述绝热材料为陶瓷片材。5. -种铸造用铸模，其中， 该铸造用铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由配置 在所述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料构成。6. 根据权利要求5所述的铸造用铸模，其中， 所述绝热层的厚度为Imm~3mm〇7. 根据权利要求5或权利要求6所述的铸造用铸模，其中， 所述绝热材料为陶瓷片材。
【专利摘要】本发明提供一种用于改善在铸造过程中产生的铸坯的表面粗糙的铸造方法和铸造用铸模。该铸造方法至少包括：注入工序，在该注入工序中，将熔融合金注入配置有熔渣的铸模内；铸坯形成工序，在该铸坯形成工序中，通过冷却所述铸模而将所述熔融金属冷却，从而形成具有未凝固部和位于该未凝固部的外周部的凝固壳的铸坯，其中，所述铸模至少包括：模具；石墨套筒，其内接于该模具的内壁；绝热层，其由位于所述内壁与所述石墨套筒之间的空隙和/或绝热材料构成，所述铸坯形成工序包括液面位置控制工序，在液面位置控制工序中，进行控制以使所述熔融合金的液面位于所述绝热层的配置范围内。
【IPC分类】B22D11/04
【公开号】CN104889351
【申请号】CN201510093654
【发明人】三岛节夫, 石本靖, 相川隆法
【申请人】日立金属株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月2日
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